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L'invention est relative aux boulons du type "à expansion", pour le soutènement ou l'ancrage, ces boulons étant particulièrement utilisés pour le soutènement des toits'de mines, mais pouvant être utilisés encore en d'autres circonstances.
On sait qu'il existe deux types principaux de boulons de soutène- ment, notamment pour les toits de mines: le type "à fente et coin" et le type "à expansion". Le premier type comporte généralement des inconvénients connus, tels que: obligation de recourir à l'air comprimé et au marteau pneu- matique, travail pénible, pose longue, délicate et coûteuse, obligation de percer un trou de longueur exacte et de diamètre rigoureux. C'est pourquoi les boulons à expansion leur sont souvent préférés à l'heure actuelle.
On sait que les boulons à expansion comprennent deux parties principales: le boulon proprement dit (dont la tige est plus ou moins lon- gue, mais peut-être de l'ordre du mètre) et la "coquille". Cette dernière comprend notamment deux ou plusieurs éléments fractionnaires d'ancrage, plus ou moins reliés l'un à l'autre, ou les uns aux autres, au moins à ti- tre provisoire avant l'expansion, ces éléments d'ancrage pouvant s'écarter les uns des autres sous l'effet du déplacement longitudinal d'un écrou de ,.forme spéciale, cet écrou formant coin (le plus souvent à plusieurs bran- ches) pour l'écartement des éléments d'ancrage.
Les boulons à expansion ne sont cependant pas toujours d'un usa- ge très sûr et aisé, malgré les perfectionnements divers dont ils ont pu être l'objet jusqu'à ces derniers temps. On est souvent exposé en particu- lier, lors de leur usage, à avoir du mal, en premier lieu, à les faire te- nir, avant que l'expansion soit suffisante, dans le trou foré pour leur mi- se en place ; en deuxième lieu, à obtenir le début de leur expansion, ce qui nécessite que les éléments d'ancrage ne tournent pas. On risque aussi, assez souvent, divers incidents tels que des chevauchements ou déplacements préjudiciables des éléments d'ancrage par rapport à 1-'écrou à coins. Et il peut aussi arriver que l'ancrage soit insuffisamment fort.
Il est bien connu d'ailleurs, d'une part, que tous ces risques peuvent entraîner un cer- tain danger pour les utilisateurs ; et d'autre part, que les difficultés éventuelles d'usage, ou les insuffisances de résultat, peuvent augmenter de façon très importante le prix de revient réel d'une opération de soutènement ou d'ancrage.
L'invention a surtout pour but de conduire à des boulons à ex- pansion,qui répondent mieux que jusqu'à présent à divers desiderata de la pratique, notamment en ce qui concerne la facilité et la sécurité de l'en- semble des opérations de mise en place, ainsi que la qualité du soutènement réalisé.
Selon une première disposition, l'invention consiste à donner aux sections transversales des éléments d'ancrage d'un boulon à expansion, une bordure extérieure moyenne qui (indépendamment des stries, piquants, saillies ou analogues qu'ils peuvent comporter pour concourir à l'ancrage) assure un contact théorique, avec la section analogue d'un trou d'ancrage foré à un diamètre supérieur à celui du boulon avant expansion, en au moins deux points de cette section, et qui réalise en pratique, lors de l'expan- sion du boulon, un tel contact suivant au moins un arc courbe.
De préfé- rence, cette bordure extérieure est d'une forme voisine de celle d'une ellipse; ou bien elle comporte une partie centrale dont la forme est voisi- ne d'un arc de cercle de diamètre supérieur au diamètre du trou à forer pour soutènement, tandis que les extrémités latérales de ladite bordure ex- térieure ont une forme voisine de celle d'un arc de cercle de diamètre in- férieur au diamètre dudit trou.
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Outre cette disposition principale et ses modes de réalisation préférés, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui s'utilisent de préférence en même temps. Elles ressortent du complément de description donné plus bas, mais on citera plus spécialement parmi elles: - une deuxième disposition selon laquelle un organe flexible, as- surant une liaison entre certains au moins des éléments d'ancrage, comporte des parties saillantes par rapport au diamètre du boulon au repos, avec raccordement de ces parties par pentes progressives, lesdites parties as- surant un frottement du boulon dans le trou, dès insertion partielle dans celui-ci, avec l'un au moins des deux effets suivants: retenue de l'ensem- ble du boulon à expansion dans ledit trou, contre l'effet de la pesanteur;
et retenue des éléments d'ancrage contre une tendance à la rotation lors - qu'on tourne la tige dudit boulon ; - une troisième disposition, selon laquelle un organe flexible assurant une liaison entre des éléments d'ancrage (ledit organe de liaison pouvant être le même que dans la deuxième disposition) réalise un guidage de certains au moins desdits éléments, par rapport à l'écrou à coins, et de préférence empêche une chute intempestive de ces éléments d'ancrage; - une quatrième et une cinquième disposition, selon lesquelles certaines au moins des surfaces de contact entre les éléments d'ancrage et l'écrou à coins comportent: -selon la quatrième disposition, une rainure de guidage assurant dans certaines limites un maintien de ces organes en bonne posi- tion relative;
- et, selon la cinquième disposition, une butée arrêtant l'écrou à coins, et par conséquent l'expansion de l'écrou, à une limite donnée.
L'invention vise particulièrement le mode de réalisation illustré par les figures ; etelle vise plus particulièrement encore, à titre de pro- duits industriels nouveaux, les boulons à expansion, comportant application des dispositions susdites, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur réalisation.
Elle pourra être mieux comprise à l'aide du complément de des- cription qui suit. Celui-ci se rapporte aux dessins ci-annexés, dans les- quels: - les figures 1 et 2 sont deux vues en élévation, dans des plans orthogonaux de la partie supérieure d'un boulon à expansion comportant ap- plication de diverses dispositions de l'invention; - la figure 3 est une vue de l'écrou à coins de ce boulon, dans le même plan que la figure 2, et la figure 4 est une vue de l'intérieur de l'élément d'ancrage situé derrière la figure 2, cette vue étant élevée dans le même plan que les figures 2 et 3; - les figures 5 et 6 sont deux coupes, respectivement selon V-V et selon VI-VI, fig. 4 ;
- les figures 7 à 10 sont des schémas illustrant le comportement des boulons à expansion usuels dans leur trou d'ancrage, et les figures 11 à 14 sont des schémas correspondants, illustrant le comportement d'un bou- lon selon la première disposition de l'invention.
Il doit être bien entendu d'ailleurs que ces dessins et les par- ties descriptives correspondantes sont donnés surtout à titre d'indication, et de façon nullement limitative.
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On voit sur les figures 1 et 2 la partie supérieure d'un boulon de soutènement à expansion, qui est composé d'organes dont d'autres formes et/ou des détails sont connus en eux-mêmes, mais qui sont ici perfectionnés suivant diverses dispositions de l'invention. Ces organes connus en eux- mêmes sont : - la tige filetée 1, à la partie inférieure de laquelle se trou- ve la tête du boulon (non visible ici), cette tête recevant l'effort de vis- sage qui engendre l'expansion; - l'écrou 2 à coins 3a-3b qui, lorsqu'il est empêche de tourner par rapport à l'extérieur, et que l'on tourne au contraire la tige 1 dans le sens voulu, descend par rapport à celle-ci;
- et la coquille composée ici de seulement deux éléments d'an- crage 4a-4b, mais qui, dans d'autres modes de réalisation, pourrait être fractionnée en un plus grand nombre d'éléments d'ancrage (notamment en un nombre de trois à six). Lesdits éléments comportent d'ailleurs, sur leur surface extérieure, tous piquants, stries, saillies ou analogues, tels que
5a, 5b ou 5c, susceptibles de favoriser l'ancrage. D'autre part,ces deux éléments sont réunis l'un à l'autre par une pièce 6, présentant une certai- ne élasticité.
Les éléments d'ancrage 4a-4b sont taillés intérieurement avec des surfaces dont les bords en regard forment une sorte de V, comme visible sur la figure 1, de part et d'autre du coin 3a (ledit coin étant parfois appelé aussi "pan" par évocation des pans d'un écrou). Lorsque les coins 3a-3b descendent par rapport aux éléments d'ancrage 4a-4b, ils exercent un effort sur des portions de surfaces internes'des éléments d'ancrage, por- tions de surface sur lesquelles ils glissent; et ils écartent lesdits élé- ments, comme il est connu en soi.
C'est ce qui réalise "l'expansion" de la coquille (on dit parfois aussi "du boulon"). Avant l'expansion, au con- traire, les formes et dimensions des divers organes sont de préférence tels que l'enveloppe géométrique de la coquille fermée, soit sensiblement,un cy- lindre, comme le montrent les lignes A de la figure 1.
Pour l'utilisation, les boulons sont enfoncés dans un trou foré d'avance, à cet effet, à l'endroit où l'on veut assurer un soutènement par- tiel, la tête inférieure(non visible) de la tige 1 restant à l'extérieur de ce trou qu'on appelle ici "trou d'ancrage", afin qu'on puisse agir sur elle pour faire tourner la tige.
On a représenté sur les figures 7 à 10 ce qui se passe dans un trou de forage 7a, de diamètre relativement petit, ou 7b, de diamètre rela- tivement grand, lorsqu'on y ancre un boulon à expansion dont les deux co- quilles 8a et 8b ont des enveloppes géométriques (ou des surfaces moyennes voisines de telles enveloppes) dont la bordure extérieure, dans un plan transversal à la tige du boulon , est semi-circulaire.
Dans le cas de ces bordures extérieures semi-circulaires, tant que l'expansion n'est pas suffisante pour que les éléments d'ancrage mor- dent sur le trou d'ancrage, le contact entre lesdits éléments et le trou a lieu le long d'une seule génératrice B, perpendiculaire au plan des figu- res 7 et 8, pour chaque élément d'ancrage.
Lorsque l'expansion tend ensuite à augmenter encore, le trou d'ancrage se déforme sous l'effort des éléments d'ancrage, et le contact se produit sur un secteur cylindrique 0--De d'autant moins long (dans des plans parallèles à ceux des figures 9 et 10) qu'est grande la différence entre le diamètre d'un trou d'ancrage et le diamètre de la bordure de l'élé- ment d'ancrage: on le voit en comparant les figures 9 et 10 entre elles.
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L'ancrage est donc bien assuré le long d'une génératrice E, mais il n'y a aucun ancrage en dehors de l'arc CD.
Conformément à l'une des dispositions de l'invention, qui a été mentionnée plus haut comme première disposition, on donne à l'enveloppe gé- ométrique des éléments d'ancrage (ou à une surface moyenne voisine de cette enveloppe) une section transversale dont la ligne extérieure FGH a une for- me voisine de celles qui ont été dites, et notamment voisine d'une ellipse.
Les figures 11 à 14 illustrent cette disposition, dans des con- ditions respectivement homologues à celles des figures 7 à 10.
On y voit qu'à une première phase de l'expansion, avant que les éléments d'ancrage mordent sur le trou d'ancrage, le contact a déjà lieu au moins suivant deux génératrices I et J (cas de la figure 11, dans laquel- le le diamètre du trou d'ancrage est faible par rapport à la distance foca- le de l'ellipse), soit suivant un secteur cylindrique qui peut déjà être très long (dans le plan de la figure 12, comme on le voit en K-L).
Dans une deuxième phase de l'expansion, lorsque les éléments d'ancrage déforment le trou, le contact a lieu soit suivant deux secteurs cylindriques latéraux F-M (cas de la figure 13: trou de petit diamètre), soit suivant un vaste secteur cylindrique central N-O, et par conséquent sur des lignes ou surfaces qui seront le plus souvent beaucoup plus gran- des que dans le cas de la disposition usuelle des figures 9 et 10.
On peut d'ailleurs remarquer qu'en pratique, dans le cas de l'ap- plication de l'invention pour réaliser le soutènement d'un toit, le trou d'ancrage se trouve foré à un diamètre d'autant plus grand que le terràin à soutenir est plus tendre. Or, les éléments d'ancrage pénètrent plus profon- dément en diamètre dans un terrain tendre. Dans une telle circonstance (terrain tendre), on se trouvera donc dans un cas voisin de la figure 14: la longueur du secteur d'ancrage sera donc d'autant plus grande que le ter- rain sera plus tendre, ce qui compensera l'inconvénient inhérent de cette dernière circonstance. C'est là l'un des buts de la première disposition de l'invention. On remarque qu'il en résulte un très important accroisse- ment de la sécurité du soutènement.
Conformément à une deuxième disposition de l'invention, la pièce flexible 6, qui assure une liaison entre les deux éléments d'ancrage 4a et 4b, et qui est avantageusement constituée en acier à ressort, comporte de chaque coté de l'écrou à coin, ainsi que visible sur la figure 1, deux parties saillantes 9, situées au point de jonction de deux rampes 9a et 9b, à pente relativement faible. Comme on le voit bien d'après les lignes P, cette partie saillante est située à l'extérieur de l'enveloppe géométrique de la coquille avant expansion, et en saillie suffisante, par rapport à cette enveloppe, pour frotter sur la paroi de tout trou de forage pouvant utilement recevoir le boulon à expansion de la grandeur considérée.
Dès que l'on commence à enfoncer le boulon de soutènement dans le trou d'ancrage, chaque partie 9 de la pièce flexible 6 vient donc forcer sur la paroi du trou. Cependant, et contrairement a ce qui se produit dans des cas de boulons connus, l'enfoncement du boulon reste aisé, d'une part en raison de l'inclinaison de la rampe 9a, et d'autre part du fait de l'é- lasticité de la pièce 6, qui porte cette rampe, et de l'élasticité de cette rampe elle-même.
Une telle disposition de parties saillantes telles que 9, sur la pièce 6, entraîne principalement deux effets de grand intérêt: - en premier lieu, l'effet que l'ensemble du boulon à expansion se trouve retenu, dans le trou d'ancrage, dès qu'il y a été engagé, si on
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vient à le lâcher, cela quelle que soit l'importance de son enfoncement déjà réalisé dans le trou, ou la longueur de celui-ci; et, dans des limites raisonnables, quel que soit le diamètre du trou, et donc en pratique la du- reté du terrain traversé ; enparticulier, la sécurité ainsi obtenue ne dé- pend pas de la position du boulon par rapport au fond du trou, ce qui évite tous les inconvénients et incertitudes que présente le fait de dépendre de cette position par rapport au fond du trou ;
cette sécurité est donc indépen- dante de la profondeur du trou; - en deuxième lieu, l'effet que, dès encore le moment où le bou- lon est engagé dans le trou, les éléments 4a et 4b d'ancrage sont freinés dans leur tendance à tourner en même temps que la tige 1, lorsqu'on agit sur celle-ci. Il suffit que le frottement latéral qui existe de la sorte soit plus grand que celui de l'écrou 2 à coins sur la tige 1, pour que, dès que l'on commence à visser celle-ci, le vissage soit efficace et tende à réaliser l'expansion. Contrairement à ce qui arrive fréquemment avec les boulons connus, il n'y a donc plus à redouter de visser les boulons dans le vide, avec les lourdes pertes de temps qui peuvent résulter de tels vissa- ges dans le vide.
Selon maintenant une troisième disposition de l'invention, la pièce 6 réalise un guidage des éléments 4a et 4b d'ancrage par rapport à l'écrou 2 à coins; et de préférence, elle empêche d'autre part une chute in- tempestive desdits éléments sur la tige 1, par rapport à laquelle ils sont à peu près libres par ailleurs.
Ces deux effets sont obtenus simultanément, selon le mode de réalisation illustré, par la forme particulière de la pièce de liaison 6, vers sa partie approximativement horizontale qui en relie les deux branches, dont la direction est voisine de la verticale. Cette forme particulière comprend ici une sorte de collerette 10, dont le diamètre extérieur est in- férieur ou égal' à celui de l'écrou 2, et qui est percée en son centre par un trou dans lequel passe la tige 1. Il convient que ce passage de la tige 1 dans ce trou soit suffisamment libre ; etil convient aussi que le bord intérieur de ladite collerette ne risque pas de s'engager dans le filetage de la tige 1, et de la bloquer ou détériorer.
A cet effet, selon une dis- position de détail de l'invention, il est avantageux d'établir ledit bord intérieur de la collerette 10, avec un rebord 11 ou une surépaisseur, faci- le à réaliser lors du façonnage de ladite collerette, c'est-à-dire, en fait, lors du façonnage de l'ensemble 'de la pièce élastique 6 réalisée selon l'in- vention.
On voit de la sorte que la collerette 10-11 assurer les effets recherchés, d'un certain guidage ou centrage des éléments d'ancrage par rapport à la tige, et donc aussi par rapport à l'écrou à coins; et d'une re- tenue desdits éléments sur l'écrou, à l'encontre de la pesanteur. Il résulte de ces effets des avantages importants de gain de temps et de sécurité, lors des manipulations du boulon à expansion, et lors de sa mise en place.
Selon maintenant une quatrième disposition importante de l'in- vention, on fait comporter à certaines au moins des surfaces de contact ou de glissement entre les éléments d'ancrage 4a-4b et les coins- 3a-3b de l'é- crou, au moins une rainure de guidage assurant, dans certaines limites, un maintien desdits organes dans une bonne position relative, dans des condi- tions meilleures ou plus opportunes qu'il n'est pratiqué dans les boulons à expansion connus.
Les surfaces de contact desdits organes sont ici (figé 1, 3 et 4) les surfaces 12 et 13, ainsi que 14 et 15. Selon le mode de réalisation illustré, la rainure conforme à la présente dispostion de l'invention est la rainure 16 (fig. 3) établie sur chaque face de l'écrou à coins, entre les
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deux surfaces de contact 12 qu'il comporte. Un coulisseau 16a, établi (fig. 4 et 5) en saillie entre les deux surfaces de contact 13 de chaque élément d'ancrage, pénètre dans ladite rainure 16, ce qui assure efficace- ment le guidage désiré, et prémunit normalement contre le risque que l'é- crou vienne brusquement à tourner par rapport aux éléments d'ancrage, au cours des efforts de serrage,et que lesdits éléments ne se mettent en tra- vers.
Cette disposition donne donc encore une sûreté supplémentaire dans l'usage d'un boulon à expansion.
On voit d'autre part, sur les figures 4 et 5, que l'élément d'an- crage comporte un important évidement longitudinal 17, destiné à l'alléger.
Finalement, les bords 17a de l'élément d'ancrage sont tronqués, et l'épais- seur en est augmentée, compte tenu de la place disponible pour ledit élément.
Selon maintenant une cinquième disposition de l'invention, on prévoit une butée de limite de course, entre certaines des susdites surfa- ces en contact.
D'après le mode de réalisation illustré, cette butée est réalisée entre un épaulement 18a (fig. 1 et 3) situé sur l'écrou à coins, à la par- tie inférieure des surfaces de contact 12 ; et un contre-épaulement 18b (fig. 1 et 4), situé sur chaque élément d'ancrage, à la partie supérieure des surfaces de contact 15.
De la sorte, l'enfoncement de l'écrou à coins entre les éléments d'ancrage est limité à un maximum, de même par conséquent que l'expansion du boulon. Cela procure les deux importants avantages ci-après: en premier lieu, on évite que les surfaces de contact et le guidage entre les coins de l'écrou et les éléments d'ancrage risquent de devenir insuffisants ; et surtout, en deuxième lieu, on évite les risques que l'écrou à coins puisse échapper brutalement, du fait d'une course excessive, hors de l'espace en- tre les éléments d'ancrage; l'expansion ne risque plus de cesser brutale- ment, de sorte que cette disposition de l'invention supprime la crainte que l'on a toujours avec les boulons usuels, à propos de leur risque d'échap- pement brutal.
En..suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient des boulons à expansion perfectionnés, pour le soutènement et l'ancrage, notamment dans les toits de mines, dont les caractéristiques res- sortent suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'entrer à leur sujet dans des indications complémentaires.
De tels boulons présentent de grands avantages, qui ont été si- gnalés, et notamment la sûreté et l'efficacité des manipulations, l'effi- cience de l'ancrage qu'ils réalisent, la sécurité qu'ils donnent, et les économies importantes qu'ils permettent de réaliser, du'fait des gains de temps qu'ils réalisent.
Comme il résulte déjà de ce qui a été dit, l'invention ne se li- mite nullement à ceux de ses modes d'application ou à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, qui en ont été plus spécialement ex - plicitês; elle en embrasse au contraire toutes les variantes, et notamment: - celles suivant lesquelles la coquille serait fractionnée en plus de deux éléments d'ancrage, auquel cas l'écrou à coin et la pièce élas- tique de liaison desdits éléments seraient adaptés au nombre d'éléments d'ancrages;
- celles suivant lesquelles les parties saillantes de ladite piè- ce élastique de liaison seraient disposées autrement que dans l'exemple re-. présenté, et notamment à une hauteur autre, par rapport au sommet des élé- ments d'ancrage ou par rapport à la partie haute de l'écrou à coins avant
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expansion ; - et celles suivant lesquelles ces parties saillantes porteraient des stries, dents, piquants ou analogues, destinées à augmenter les effets de son frottement dans le trou d'ancrage.
REVENDICATIONS.
I. - Boulon à expansion, caractérisé en ce que les sections transversales de ses éléments d'ancrage présentent une bordure extérieure moyenne qui (indépendamment des stries, piquants, saillies ou analogues qu'ils peuvent comporter pour concourir à l'ancrage) assure un contact théo- rique avec la section analogue d'un trou d'ancrage foré à un diamètre supé- rieur à celui du boulon avant expansion, en au moins deux points de cette section, et qui réalise en pratique, lors de l'expansion du boulon, un tel contact suivant au moins un arc courbe.